电介质物理基础 复习纲要缩印版
高三物理电学知识点提纲式

高三物理电学知识点提纲式一、电荷与静电场1. 电荷的基本特性与分类2. 库仑定律与电场强度3. 电场线的性质与表示方法4. 高斯定律及其应用二、电势与电势能1. 电势的概念与计算2. 电势能的概念与计算3. 电势的分布与性质4. 电势差与电势的关系三、电场中的导体1. 导体内部的电场分布2. 导体表面的电场性质3. 导体中的电荷分布4. 静电平衡与电场中的导体四、电容与电容器1. 电容的定义与计算2. 并联与串联电容的等效电容3. 带电导体与金属球的电容4. 电容器的基本结构与性质五、简单直流电路1. 欧姆定律与电阻的概念2. 简单电路中的串并联关系3. 电功与电能的计算4. Kirchhoff定律及其应用六、电流、电阻与电阻率1. 电流的概念与计算2. 电阻的特性与计算3. 导体材料的电阻率与温度关系4. 简单电路的电阻测量七、磁场与静磁场1. 磁场的特征与表示方法2. 安培定律与磁场强度3. 磁场中的运动带电粒子4. 简单电流圈和线圈的磁场性质八、电磁感应1. 磁场中的运动导体2. 法拉第电磁感应定律3. 楞次定律与磁场中的动生电动势4. 动生电动势的应用与感应电流九、交变电流与交流电路1. 交变电流的特点与表示2. 交变电压与交变电流的关系3. 交流电路中的有功和无功功率4. 交流电路中的电感和电容十、光电效应与光的本质1. 光电效应的基本现象与特点2. 普朗克量子假说与光的粒子性3. 单色光的能量与动量4. 光的干涉与衍射现象以上是高三物理电学知识点的提纲式概述,根据这些知识点可以进一步展开详细的讲解和解题。
学好这些知识点对于高三物理的学习非常重要,希望你能够认真学习并掌握这些内容,为高考物理取得好成绩打下坚实的基础。
大学物理复习纲要.doc
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』万M匝必4勿广式中伉=4E0"T.m/A大学物理复习纲要第七章稳恒磁场一、基本要求1. 导体均匀分布的电流密度的计算.2. 用毕奥一萨伐尔定律求简单电流的磁场分布,如圆环电流轴线上的磁场;3. 磁通量的计算中”,=・dS4. 螺线管的磁通景…磁通匝数(磁链)5. 磁感强度B沿闭合曲面积分等于什么(高斯定理)?沿闭合曲线的积分等于什么?6.磁场的安培环路定理/=!7. 用安培环路定理计算长百导线电流、柱形电流等有对称性的磁感应强度.8. 带电粒子在磁场中的受力(洛仑兹力)计算.9. 带电粒了•在磁场中的回旋运动:回旋半径R、回旋周期T和回旋频率、,.本章重点复习的例题和习题:(1)本章所有选择题(2)P245例1;P246 例2; P289 习题7-10;7-15; 7-17; 7-29;1、掌握描述磁场的物理量一磁感应强度。
2、理解毕奥-萨伐尔定律,能用它和叠加原理计算简单电流的磁场。
3、理解恒定电流的磁场的高斯定理和安培环路定理,学会用安培环路定理计算磁感应强度的方法4、理解洛伦兹力和安培力公式,能分析电荷在均匀电场和磁场中的受力和运动情况,了解磁矩概念,能计算简单儿何形状载流导体和载流平而线圈载在磁场中受的力和力矩。
二、内容提要1、描述磁场的物理量一磁感应强度B矢量万矢量大小:8 =星qu万矢最方向:规定为正的运动电荷在磁场中受力为零时的运动方向为该点的磁场方向。
2、恒定电流在磁场中的基本定律-毕奥-萨伐尔定律d万方向:与IdlxE的方向相同d万的大小为:dB=ginUdlxe「)4勿r2巾毕奥-萨伐尔定律求出儿种典型电流的磁场(1)无限长载流直导线的磁场B = 也2兀r(2)圆电流中心的磁场B = &L2 R(3)长直螺线管的磁场B =从问三、表征磁场特性的定理3、磁场的高斯定理:j万.d; = 0 说明磁场是无源场$4、安培环路定理\Bxll =叩说明磁场是非保守场I四、磁感应强度计算5、用毕奥-萨伐尔定律求万6、用安培环路定理求万五、用安培环路定理解题的方法和思路用安培环路定理W以非常方便的求某些电流的磁感应强度,具体步骤是:a)先要分析磁场分布是否具有空间的对称性,包括轴对称、点对称等b)根据磁场的对称性特征选取适当的回路,:该回路一定要通过求磁场的点,积分回路的回转方向不是和磁场方向垂宜便是和磁场方向平行,且万作为一•个常量可以从积分号中提出,积分时只对回路的长度积分。
电介质物理基础__复习纲要
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电偶极子:两个大小相等的正、负电荷"^!和^),相距为I,I较讨论中所涉及到的距离小得多。
这一电荷系统就称为电偶极子。
轴线场强中垂线场强1 ^电量^与矢径匸的乘积定义为电矩,电矩是矢量,用^表示,即11=0 ^ I "的单位是〔^①。
电介质极化:在外电场作用下,电介质内部沿电场方向产生感应偶极矩,在电介质表面出现极化电荷的现象称为电介质的极化。
束缚电荷(极化电荷在与外电场垂直的电介质表面上出现的与极板上电荷反号的电荷。
束缚电荷面密度记为0^退极化电场由极化电荷所产生的场强。
丑介电系数电容器充以电介质时的电容量〔与真空时的电容量〔0的比值为该电介质的介电系数5" ^ ^ 它是一个大于1、无量纲的常数,是综合反映电介质极化行为的宏观物理量。
平行板电容器:^ ^ 1十5^ 有效电场:实际上引起电介质产生感应偶极矩的电场称为有效电场或者真实电场,用曰6表示。
感应偶极矩与有效电场已6成正比,即^ ^扱化强度?:单位体积中电介质感应偶极矩的矢量和,即极化强度〉的宏观参数:1 ^提高介电系数1)1^个;2)0:个;3)^6个微观参数:1、感应偶极矩^ ^2、极化率0 :"^0013 (其物理含义是每单位电场强度的分子偶极矩。
越大,分子的极化能力越强。
单位是〉^2 3、极化强度〉〔单位体积中电介质感应偶极矩的矢量和,单位是0/^12 ?^ 则5 〉―&^极化系数,宏观参数第三节宏观平均场强^是指极板上的自由电荷以及电介质中所有极化粒子形成的偶极矩共同的作用场强。
对于平板介质电容器,满足:①电介质连续均匀,②介电系数不随电场0电位移0 强度的改变发生变化。
的一般定义式。
; ^ 有效电场:是指作用在某一极化粒子上的局部电场。
它应为极板上的自由电荷以及除这一被考察的极化粒子以外其他所有的极化粒子形成的偶极矩在该点产生的电场。
洛伦兹有效电场的计算模型:电介质被一个假想的空球分成两部分,极化粒子孤立的处在它的球腔中心。
第四章-1 电介质材料 (基础知识)
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6)自发式极化
某些晶体具有特殊的结构,其晶胞自身的正负电荷重心不重合,即晶胞具有极性。
由于晶体结构的周期性和重复性,当某一晶胞在某一方向出现偶极矩时,将逐
级影响到相邻的晶胞,使它们的固有偶极矩朝向相同的方向。由于这种局部极
化状态是在外电场为零时自发建立的,称为自发极化。
电畴
具有相同极化方向的自发极化区域,称为电畴。没有外电场时,电畴空间取向平
U
S d
Q'
r - 1 0 E
P n 0Ee
εr
Q0 Q ' Q' 1 Q0 Q0
Q0 U
n 0Ee r 1 0E
提高电介质的介电常数:
提高单位体积内的极化粒子数n0; 选取极化率 大的粒子组成电介质; 增强作用于极化粒子上的有效电场Ee。
电子位移极化率与温度无关:温度的高低不足以改变原子或离子的半径。
电子位移极化建立的时间很短,约在10-14 ~ 10-16 s范围;如果所加电场为交变
电场,即使电场频率高达光频,电子位移极化也来得及响应。
电子位移极化存在于一切介质中。
实验测量得到的 α e 值并不严格等于
3 40 r 3 ,不同原子和离子 αe / 40 r
D D0 cost
介质的位移电流密度:
j
dD -D0 sin t D0 cos( t ) dt 2
单位时间内单位体积消耗的能量:
W 2
2
0
j Edt D0 E0 2
2
2
sint cos tdt
0
0
交变电场频率很低时,介质中没有极化损耗。
孙目珍. 电介质物理基础

孙目珍. 电介质物理基础
《电介质物理基础》一书系统地介绍了电介质物理的基本理论和实验技术。
以下是本书的主要内容概括:
首先,该书介绍了电介质的基本性质,包括电介质的极化机制、介电常数及其与温度和频率的关系、电导和热导等。
这些基本性质是理解电介质物理特性的基础。
其次,书中深入探讨了电介质在电场作用下的物理现象,如电击穿、电场致相变等。
这些现象是电介质在电力系统中应用的关键问题,对于电力设备的稳定运行具有重要意义。
此外,书中还介绍了电介质在磁场中的磁化现象,以及电介质在复合电场和复合磁场中的行为。
这些内容为理解电介质在复杂电磁环境中的性能提供了基础。
书中还注重理论与实践的结合,通过实验技术和实验数据分析电介质物理现象。
这有助于读者深入理解电介质物理知识,并为实验研究提供指导。
值得一提的是,该书还涉及了一些前沿领域,如新型电介质材料、电介质在能源领域的应用等。
这些内容反映了电介质物理的最新研究进展,有助于读者拓展视野,了解学科前沿。
总体来说,《电介质物理基础》一书内容丰富、深入浅出,既可作为物理学、材料科学等专业本科生的教材或参考书,也可供相关领域的科研人员和工程技术人员参考。
通过阅读该书,读者可以系统地了解电介质物理的基本理论、实验技术和应用前景,为深入研究和实际应用打下坚实基础。
以上概括为《电介质物理基础》的主要内容,如果需要更多信息或更详细的解释,建议直接阅读原书或相关文献。
陈湘明《电介质物理》电介质物理-第2章

(2.30)
图2.3给出的两种等效电路描述了两种不同的损耗机制.并联等效电 路描述了漏电流引起的损耗.串联等效电路描述的极化损耗。
低频时漏电流产生的损耗占主要地位,而在串联电路中所涉及的 是与电导无关的纯介电响应问题。
2.2电介质的微观极化机制
电子极化 离子极化 取向极化 空间电荷极化
极化机理
组成宏观物质的结构粒子都是复合粒子(原子、离子、离子团、分子等).
一般来说,由于热运动的原因,这些粒子的取向处于混乱状态,无论粒子是 否带电矩,热运动平衡的结果总是使得粒子对宏观电极化的贡献等于零。
只有在外电场作用下,粒子才会沿电场方向贡献一个可以累加起来给出宏观 极化的电矩。结构粒子受电场极化而产生的电矩存在如下线性关系:
的电位移应相等。于是
E D e0E0 . ee 0 ee 0
结果,两极板间引进相对介电常数为e的电介质后,电场E和电容量C分别改变为
E=E0/ e,
(2.18)
C=ee0S/l=eC0.
(2.19)
即电介质因极化使得电场比真空时减少至1/e倍而电容量增大至e倍。
电场对电介质极化所作的功
电偶极矩
宏观物质由原子和分子组成.一般这些结构粒子是电中性的,但其
中含有正负电荷(±q).若从负电荷中心到正电荷中心作矢量l,当l
≠0时,结构粒子就具有电偶极矩(单位为C·m)
p ql
(2.3)
外电场作用下, 一个点电偶极子p的势能为
U p E
(2.4)
点电偶极子所受外电场作用力f和作用力矩M分别为
心距离
1
R (4pe 0nb / Z 2e2 ) n1.
(2.43)
安徽大学大学物理总复习纲要Word版
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i第八章静电场8-1 库仑定律一、电荷守恒、电荷量子化、电荷相对论不变性二、库仑定律方向的单位矢量8-2 电场强度一、静电场的定义:单位正试探电荷所受的力(N/C)二、点电荷的电场方向:始于正电荷,止于负电荷三、电场强度叠加原理点电荷系:连续带电体:8-3 高斯定理一、电场线:描述电场强度大小和方向的有向线段二、电通量面的外法线方向为正,故而电力线穿出为正,穿进为负三、高斯定理四、高斯定理的应用常用结论:单个无限大带电平板产生场强rerqqF221π41ε=:rerqFE=24πQErε=nFFFF+⋅⋅⋅++=21321qFqFqFqFqFn+++=rni ii erqE∑==12π41εrerqE2π4ddε=⎰⎰==rerqEE2dπ41dε⎰⋅=sSEΦde∑⎰=⋅iiSqSE1dε2εσ=E8-4 静电场的环路定理 电势一、 电场力的功 静电场的环路定理1、 电场力的功:只与始末位置有关,与路径无关。
静电场是保守场2、 静电场的环路定理 二、 电势1、静电势能:试探电荷与电场之间的相互作用能,属于系统2、电势的概念和物理意义电势是标量,只需标量叠加3、电势差4、电势的计算(1)点电荷 (2)点电荷系统 (3)任意连续带电体 (4)注意求电势积分时,可能存在分段积分8-5 电场强度与电势的关系一、 等势面:所有电势相等的点组成的平面1、等势面与电场线处处正交;2、等势面与电力线密集处场强大;3、电力线指向电势降低的方向 二、 场强与电势的微分关系1、 场强是电势梯度的负值(内含电场强度的方向问题)2、 具体计算通常用分量式,在各个方向求出分量后,再矢量合成。
3、 求场强的三种方法:电场强度叠加原理;高斯定理;电场与电势的微分关系第九章 静电场中的导体和电介质9-1 静电场中的导体一、 导体静电平衡性质1、 静电平衡状态:导体内部和表面没有电荷的宏观定向移动2、 静电平衡条件:(1)导体内部场强为零,外部电力线与导体表面垂直;(2)整个导体是等势体3、静电平衡时导体的电荷分布:(由高斯定理结合静电平衡条件判断) (1)带电导体在静电平衡时,电荷只分布在其表面;(2)静电平衡下的导体,其表面电荷面密度与邻近处的场强成正比 (3)孤立导体静电平衡时,电荷面密度与表面曲率成正比(尖端放电) 二、 空腔导体和静电屏蔽0d =⋅⎰l E⎰⎰⎰∞∞⋅=⋅-⋅=-=b b aa b a ab lE l E l E U U Ud d d r q U 04πε=∑∑====n i i i n i i r q U U 101π41ε⎰=r q U d π410εU U E -∇=-=gradz U E y U E x U E z y x ∂∂-=∂∂-=∂∂-=,,E 0εσ=1、 空腔导体(1) 腔内无带电体:空腔内部场强为零;若空腔带电,电荷分布在外表面(2) 腔内有带电体:腔内电场取决于腔内带电体,腔外电场决定于外表面电荷; 腔内表面所带电荷与腔内带电体等量异号,腔外表面电荷由静电平衡条件和电荷守恒定律共同决定。
电介质基本物理知识
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第一章电介质基本物理知识电介质(或称绝缘介质)在电场作用下的物理现象主要有极化、电导、损耗和击穿。
在工程上所用的电介质分为气体、液体和固体三类。
目前,对这些电介质物理过程的阐述,以气体介质居多,液体和固体介质仅有一些基本理论,还有不少问题难以给出量的分析,这样就在很大程度上要依靠试验结果和工作经验来进行解释和判断。
第一节电介质的极化一、极化的含义电介质的分子结构可分为中性、弱极性和极性的,但从宏观来看都是不呈现极性的。
当把电介质放在电场中,电介质就要极化,其极化形式大体可分为两种类型:第一种类型的极化为立即瞬态过程,极化的建立及消失都以热能的形式在介质中消耗而缓慢进行,这种方式称为松弛极化。
电子和离子极化属于第一种,为完全弹性方式,其余的属于松弛极化型。
(一)电子极化电子极化存在于一切气体,液体和固体介质中,形成极化所需的时间极短,约为1015 s。
它与频率无关,受湿度影响小,具有弹性,这种极化无能量损失。
(二)原子或离子的位移极化当无电场作用时,中性分子的正、负电荷作用中心重合,将它放在电场中时,其正负电荷作用中心就分离,形成带有正负极性的偶极子。
离子式结构的电介质(如玻璃、云母等),在电场作用下,其正负离子被拉开,从而使正负电荷作用中心分离,使分子呈现极性,形成偶极子,形成正负电荷距离。
原子中的电子和原子核之间,或正离子和负离子之间,彼此都是紧密联系的。
因此在电场作用下,电子或离子所产生的位移是有限的,且随电场强度增强而增大,电场以清失,它们立即就像弹簧以样很快复原,所以通称弹性极化,其特点是无能量损耗,极化时间约为1013-s。
(三)偶极子转向极化电介质含有固有的极性分子,它们本来就是带有极性的偶极子,它的正负电荷作用中心不重合。
当无电场作用时,它们的分布是混乱的,宏观的看,电介质不呈现极性。
在电场作用下,这些偶极子顺电场方向扭转(分子间联系比较紧密的),或顺电场排列(分子间联系比较松散的)。
第三章 电介质材料 (基础知识)
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130~150 陶瓷: 陶瓷 80~110
陶瓷: 陶瓷 9.5~11.2
聚乙烯 2.26
聚四氟乙烯 2.11
聚氯乙烯 4.55
环氧树脂 3.6~4.1
天然橡胶 2.6~2.9
酚醛树脂 5.1~8.6
2.2 介质极化强度和极化率
v
为了描述电介质在外场中的极化情况,引入极化强度矢量 为了描述电介质在外场中的极化情况,引入极化强度矢量 P ,它等于单位 体积内感生偶极矩的矢量和: 体积内感生偶极矩的矢量和:
Q'
= (εr -1)ε0 E
P = n0αEe
εr =
Q 0 + Q' Q' = 1+ Q0 Q0
Q0 U
n0αEe εr = 1+ ε0 E
提高电介质的介电常数: 提高电介质的介电常数: 提高单位体积内的极化粒子数n 提高单位体积内的极化粒子数 0; 大的粒子组成电介质; 选取极化率α 大的粒子组成电介质; 增强作用于极化粒子上的有效电场E 增强作用于极化粒子上的有效电场 e。
4)极性分子电介质和非极性分子电介质 ) 极性分子:分子的正负电荷重心不重合。 极性分子:分子的正负电荷重心不重合。
v 极性分子具有固有偶极矩 电偶极矩: 固有偶极矩, 极性分子具有固有偶极矩, 电偶极矩:µ = ql v
。
v l
q
电偶极子 例如, 例如,HCl、NH3、CO、SO2、H2S、CH3OH 、 、 、
v E' :退极化场 v v v 介质中的总场强: 介质中的总场强:E = E 0 + E '
v E 0 :外电场
2.1 介电常数(ε) 介电常数( ) 比值来反映介质的极化能力: 取D/E比值来反映介质的极化能力: 比值来反映介质的极化能力
电介质物理 孙目珍 华南理工(缩印版)
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电介质的极化:在外电场的作用下,电介质内部沿电场方向产生感应偶极矩,在电介质表面出现极化电荷的现象称为电介质的极化。
电介质的损耗:电介质在外电场的作用下,将一部分电能转变为热能的物理过程,称为电介质的损耗。
电介质电击穿:在电场直接作用下发生的电介质被破坏的现象称为电介质点击穿。
极化强度P:一种为了衡量电介质极化的强弱,用单位体积中电介质感应偶极矩的矢量和所表示的物理量。
单位是C/m2。
退极化电场:电介质极化以后,电介质表面的极化电荷将削弱极板上的自由电荷所形成的电场,所以由极化电荷所产生的场强被称为自发极化:在没有外电场的作用下,晶体的正、负电荷重心不重合而呈现电偶极矩的现象称为电介质的自发极化。
电介质热击穿:由于电介质内部热的不稳定过程所造成的击穿现象。
迁移率:单位电场作用下的载流子沿电场方向的平均漂移速度称为载流子的迁移率。
自持放电:在电场强度临界值E m点之后,即使将外界电离因素去掉,放电仍将继续维持的,称为自持放电。
居里温度:由顺电相向铁电相转变的温度。
以针-板电场(针极分别为正极和负极)为例分析不均匀电场中气体放电的极性效应答:当针尖为正时,正的空间电荷削弱了针尖附近的电场,加强了正空间电荷到极板之间的弱电场。
这种情况相当于高电场区从针尖移向板极,像是正电极向负电极延伸了一段距离,因此击穿电压比针尖为负时低。
当针尖为负时,正空间电荷包围了针电极,加强了针尖附近的电场,而削弱了正空间电荷到极板之间的电场,使极板附近原来就比较弱的电场更加减弱了,像是增加了针尖的曲率半径,电极间的距离虽然缩短了一些,但电场却均匀了,因此负针-板电极的击穿电压高于正针-板电极的击穿电压。
简述钛酸钡铁电晶体180°畴和90°畴极化反转特点答:180°畴特点:①畴壁生长速度约是声速1/10~1/5。
②侧向移动速度约是10-6~10-2cm/s。
③空间电荷对于畴壁移动的影响,阻碍电畴的反转。
电介质物理基础复习
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1、电介质分类:非极性电介质、极性电介质、离子性电介质2、电介质的极化:在外电场作用下,电介质内部沿电场方向产生感应偶极矩,出现宏观偶极矩,在介质表面出现束缚电荷的现象3、电子位移极化:电子云畸变引起的负电荷中心位移产生感应电矩,称电子位移极化4、离子位移极化:正负离子中心发生相对位移,发生感应电矩,称离子位移极化5、取向极化:固有电偶极矩沿外电场方向转向称取向极化,6、热离子极化:实际电介质,由于热运动,离子脱离平衡位置发生迁移,电场使已经脱离平衡位置的弱联系离子做定向迁移,造成电介质内部电荷分布不均,形成偶极矩,称为热离子极化7、空间电荷极化或夹层极化、界面极化:电介质中的电荷在不同介质的界面上积聚,形成空间电荷局部积累,使电介质中的电荷分布不均匀,产生宏观电矩。
这种极化称为空间电荷极化或夹层极化、界面极化8、固有偶极矩的取向极化:当有外电场时,这些固有偶极矩将趋于转向沿外电场方向排列。
因固有偶极矩转向而在介质中产生宏观偶极矩,这种现象称为固有偶极矩的取向极化9、为什么宏观电场强度E 和有效电场Ei 不相等?答:1、在外电场的作用下电介质发生电极化,整个介质出现宏观电场2、电介质中的某一点的宏观电场E,是指极板上的自由电荷以及电介质中所有极化分子形成的偶极矩,共同在该点产生的电场3、作用在每个分子或原子上实质极化的有效电场(内电场)显然不包括该分子或原子自身极化所产生的电场。
4、比如:平行板电容器1011、电介质的极化包括弹性位移极化和弛豫极化。
弹性位移极化:电子弹性位移极化和离子位移极化,这两种极化的时间非常短,与温度的依赖关系不大弛豫极化:固有电矩的取向极化和热离子极化、缺陷偶极矩的取向极化(又称界面极化),固有电矩的取向极化与热平衡性质(温度)有关,缺陷偶极矩的取向极化与电荷的堆积过程有关,需要很长弛豫时间,称弛豫极化12、弛豫时间:电介质的极化是一个弛豫过程,从施加电场到极化平衡需要一定的时间,这个时间称弛豫时间13、瞬时极化:电子弹性位移极化和离子弹性位移极化达到稳态所需时间约10-16-10-12 s,在远低于光频情况下可认为是即时的,因此弹性极化也称瞬时极化或无惯性极化。
电介质物理缩印本
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1、电极矩:一点电荷q 与到某一参考点的径向量r 的乘积。
对总电荷量为零的电荷系统,电极矩同参考点的位置无关。
2、电偶极矩:由于正电荷等于负电荷量,故其电极矩称为电偶极矩。
3、由等量的正负电荷不对称分布而形成的电偶极矩的分子为电偶极子。
4、点偶极子的电场:53013[]4p r Er r rµµπε=−r r r r r ,①px 5013=4xzE r µπε;②50134py yzE r µπε=;③2250134pz z r E r µπε−=5、电介质的分类:非极性电介质,极性电介质,离子性电介质;①非极性电介质:在无外电场作用时,分子的正负电荷重心重合,故分子的电偶极矩等于零,这类分子称为非极性分子。
由非极性分子组成的电介质称为非极性电介质(或中性电介质)②极性电介质:在无电场作用时,分子的正负电荷重心不重合,故分子具有固有偶极矩,这类分子称为极性分子。
由极性分子组成的电介质称为极性电介质。
根据固有偶极矩的大小又可分为:弱极性电介质,强极性电介质和中性电介质。
③离子性电介质:由正负离子所组成,不存在单个分子,包括离子型晶体玻璃,陶瓷以及其他一些无机电介质。
6、(1)非极性电介质的极化<1>无外场是,E=0,分子的固有偶极矩为零,μ0=0;<2>加上外场,E≠0,分子形成电偶极矩,μ≠0,电介质内部形成沿外场方向的宏观偶极矩,电介质表面出现束缚电荷;(2)极性电介质的极化<1>无外场作用时,E=0,分子的固有偶极矩μ≠0,但由于热运动,宏观上的偶极矩为0;<2>加上外电场,E≠0,分子固有偶极矩μ受电场力矩的作用,趋于转向外电场方向,从而沿外电场方向的宏观偶极矩不为零,在电介质表面出现束缚电荷。
电介质的极化:在外电场的作用下,电介质内部沿电场方向出现宏观偶极矩,在电介质表面出现束缚电荷,这就是电介质的极化7、极化强度P :表征电介质在外电场作用下极化程度的向量,其定义为单位体检电介质内部沿外电场方向的电偶极矩的总和,即:i P Vµ=∆∑r r (无限大,均匀,线性,各项同性电介质)8、克劳修斯方程根据电介质极化的极化强度P 的定义,当电介质中每个分子在电场方向的感应偶极矩为μ时,且单位体检分子数位N,则P=Nμ,如果每个分子的感应偶极矩μ认为与作用在其上面的电场强度Ei 成正比,即μ=αEi,则有00(1)i r P N E E αεε==−r r r,整理可得01i rN E Eαεε−=rr ,如果此处不带有矢量符号,说明有效场与外电场方向一致。
电介质物理基础知识
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电介质物理基础知识电介质物理啊,这可是个很有趣的领域呢。
咱们就从最基本的说起吧。
电介质啊,就好比是一群很守规矩的小居民。
在普通的物质里,它们可不像那些调皮捣蛋的自由电子到处乱跑。
电介质里的电子啊,就像是被家长管得很严的小孩子,只能在自己的小范围内活动。
你想啊,要是把物质比作一个大社区,导体里的电子就像是那些满大街乱窜的小毛孩,而电介质里的电子呢,就乖乖地待在自己的小院子里。
那电介质的极化又是怎么回事呢?这就像是一群本来站得比较松散的小居民,突然来了一个指挥官(外电场)。
这个指挥官一出现,小居民们就开始按照一定的方向排队了。
有的电介质呢,是那种比较听话的,电子云中心和原子核中心稍微错开一点,就像是队伍稍微歪了一点点,这就是电子位移极化。
还有一种呢,就像是一些小家庭(分子)整个地转了个方向,这就是取向极化啦。
你看,这多像我们生活中的场景啊,一群人在某种指挥下改变自己的状态。
介电常数这个概念也很重要哦。
它就像是电介质的一个性格标签。
这个数值越大,就说明这个电介质在电场里的表现越特别。
比如说,空气的介电常数比较小,就像一个比较普通的人,没什么特别的反应。
而水的介电常数比较大,就像是一个特别敏感的人,电场一来,它的反应就比较强烈。
电介质在电容器里可有着大作用呢。
电容器就像是一个小仓库,用来储存电荷。
电介质在这个小仓库里啊,就像是仓库里的隔板。
有了这个隔板啊,电容器就能储存更多的电荷了。
如果没有电介质,就好比这个仓库没有隔板,电荷就会乱跑,能储存的电量就少多了。
再说说电介质的损耗吧。
这就像是电介质在电场里干活,干着干着就有点累了,然后就会消耗一些能量。
有些电介质损耗小,就像那些精力旺盛的小伙子,能长时间在电场里好好工作。
而有些电介质损耗大呢,就像是体弱多病的人,干不了多久就不行了。
电介质的击穿现象可就有点吓人了。
这就好比是电介质在电场的压力下突然崩溃了。
本来好好的,但是电场太强了,就像洪水冲破了堤坝一样,电介质的绝缘性就没了。
复习提纲及问题
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〈〈电介质物理〉〉复习及思考第一、二章复习提纲1、弄清介电常数和相对介电常数的物理意义。
2、从静电学的观点弄清极化的意义,说明极化和介电常数的关系。
3、电子极化、原子极化和偶极子极化与均匀电介质的极化有关。
含有自由离子时,往往增加空间电荷极化。
4、极化形成的速度由于极化的种类不同,对于电子极化和原子极化分别相当于电子振动和原子振动的速度。
偶极子极化则因物质的种类而有相当大的不同,用松弛时间作为极化速度的量度。
空间电荷极化依赖于载流子的迁移、电场强度、电介质的形状等等。
5、极化时因有时间滞后现象,在交变电场下的介电常数用复数表示,叫做复介电常数。
复介电常数的实数部分称为交流介电常数或简单地称为介电常数,虚数部分叫损耗因数,损tan)。
损耗因数与角频率的乘机等于交流耗因数和介电常数之比叫做介质损耗角正切(δ电导系数。
6、交变电场下电介质内产生的电能损耗(发热)称为介质损耗。
损耗因数是表示单位电场下,一个周期中电介质单位体积内发生的介质损耗大小的量。
7、电介质对电磁波的性质,可归纳为在电磁学中学过的复介电常数和传播常数的关系,复介电常数和复数折射率的关系。
8、线性的介质松弛现象可以用对应于吸收电流随时间变化的后效函数来表征,并且后效函数的时间变化和复介电常数的频率变化之间有相同意义的关系,介电常数的频率变化和损耗因数的频率变化之间也建立了相同意义的关系(Kramers-Kronig关系)。
9、简单叙述了集中参数电路和分布参数电路的介电常数和损耗因数的测定原理。
10、为求得物质宏观性质的介电常数和分子结构等微观性质间关系,作为一个基本量,特定义了极化率和内电场。
11、极化强度与极化率和内电场强度的乘积成正比,介电常数由极化率以及内电场与外电场之比来决定的。
12、内电场是直接作用于电介质的每个分子的电场,由于分子间相互作用,通常与外施电场E (外电场)不同。
分子排列不规则时、高度对称性规则排列时都可用洛仑兹公式表示:i E )2(3+=r i E E ε13、极化率α是单位电场下在原子或分子内产生的平均感应偶极矩。
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d
2 0
第三节 电介质在单位时间内所消耗的能量,即在 电介质中由电 能转变为热能而损失的能量, 这一物理现象称为介质损耗。 介质损耗由两部分组成,电导损耗和极化损耗。 其中电 导损耗为
WR V2 R
松弛极化损耗:
W
Wr g
A V d
2
与频率关系 1、 当 →0
r s
A 2 V , P E 2 d
a 4 0
a3
用能量损耗功率作为描述介质损耗的参数是 不方便的, 因为 W 值与外施电压、 材料尺寸等因素有关, 不同材料间难以相互比较。 而 tan仅取决于材料特性而与 材料尺寸、形状无关,其值可以直接由实验测定。所以通 常用 tan而不用 W 来表征电介质中的介质损耗。 松弛极化损耗: 当外电场的频率比较高, 如高频或超高频, 偶极子转向极化等慢极化形式就来不及跟上交变电场的 周期性的变化, 产生松弛现象, 致使电介质的 P 滞后于 E, 并且随着外加电场频率的升高,电介质的ε下降。这一过 程将消耗部分能量,而且在高频和超高频中,这类损耗将 起主要作用,甚至比电导损耗还大,这种在交变电场中由 慢极化形式引起的损耗称为松弛损耗(热离子松弛极化、 偶极子转向极化、界面极化) 谐振损耗(色散与吸收) 谐振损耗来源于原子、离子、电子在振动或转动时所产生 的共振效应,这种效应发生在红外到紫外的光频范围。 色散介电系数或折射率随频率变化的现象称为色散, 因极 化的机理不同,色散发生的频率也不同。电子或原子(离 子)的谐振极化在光频范围内的色散现象属于谐振色散, 而偶极子转向等松弛极化在电频范围内的色散称为松弛 色散。松弛色散,中间不显最大值,谐振色散则出现明显 的峰值。 吸收损耗因数随频率的变化称为吸收, 在介电系数发生色 散的频率范围内,无论是电子、原子或离子极化,还是偶 极子转向极化等松弛极化, 其损耗因数都是明显地变大且 出现峰值。 松弛极化强度与时间的关系: P (t ) p (1 e t / )
E 0 N e E
Ee
r 2
3
E
r 1 1 N r 2 3 0
K-M 方程:
N 0 n2 1 M n2 2 3 0
第六节 一、电子位移极化:在外电场作用下,电子云重心相对于 原子核重心发生位移,因而产生感应偶极矩。这种极化称 为电子位移极化。 4 r 3
1
r 。P ( g ) E 2 gE 2。W [
D 0E P
0
的一般定义式。 有效电场:是指作用在某一极化粒子上的局部电场。它应 为极板上的自由电荷以及除这一被考察的极化粒子以外 其他所有的极化粒子形成的偶极矩在该点产生的电场。 洛伦兹有效电场的计算模型: 电介质被一个假想的空球分 成两部分,极化粒子孤立的处在它的球腔中心。要求:① 球的半径应比极化粒子的间距大, 这样可以视球外介电系 数为ε的电介质为连续均匀的介质, 球外极化粒子的影响 可以用宏观方法处理; ②球的半径又必须比两极板间距 小得多, 以保证球外电介质中的电场不因空球的存在而发 生畸变。所以近似认为球内球外的电场都是均匀的。 洛伦兹有效电场的适用范围:气体电介质、 非极性电介质 (非极性和弱极性液体电介质、非极性固体电介质) 、高 对称性的立方点阵原子、离子晶体。不适用范围:极性液
t an
E
0
容量 C 0 的比值为该电介质的介电系数 它 是一个大于 1、无量纲的常数,是综合反映电介质极化行
0E 为的宏观物理量。 平行板电容器: 有效电场: 实际上引起电介质产生感应偶极矩的电场称为 有效电场或者真实电场,用 E e 表示。感应偶极矩与有效 r 1
0 0
D P
电位移 D
当温度升高时,由于电介质的密度减少,使电子位移极化 率及离子位移极化率的贡献都减弱, 从而使第一项为负值; 但是当温度升高又使离子晶体的弹性联系减弱, 离子位移 极化加强,也就是第二项为正值,然而,第一项与第二项 相差并不多, 这就解释了为什么离子晶体的介电系数 ε 虽 随温度的升高而增加,但却增加得非常慢。例如,氯化钠 的 αε 为 (3.4×10 -4 ) /℃, 氯化钾的 αε 为 (3.03×10-4 ) /℃。 第二章 电介质的损耗 电介质的损耗:电介质在外电场的作用下,将一部分的电 能转变成热能的物理过程,称为电介质的损耗。危害:引 起线路上的附加衰减,使仪器设备中的元器件发热,工作 环境温度上升,破坏设备的正常工作,甚至损害设备。 电导损耗: 电介质中一些弱联系的导电载流子在电场作用 下作定向漂移,形成传导电流,并以热的形式耗散掉,我 们称之为电导损耗。 W AdE 2 tan
r
C C0
电场 E e 成正比,即 Ee 极化强度 P:单位体积中电介质感应偶极矩的矢量和,即 极化强度 P 的宏观参数:
0 N
r
Ee E
E
微观参数:N
Ee
联系
提高介电系数 1)N ; 2); 3)Ee
弱系离子:指杂质或缺陷离子。 它们能量 状态比较高,不那么稳定,容易被激活。强系离子:离子 键结构的电介质中,处在晶格结点上的正、负离子。它们 能量最低,也最稳定。 “松弛”极化:这是一种与热运动有关的极化形式,当极化 完成的时间较长、外加电场的频率比较高时,极化方向的 改变往往滞后于外电场的变化,这种现象称为“松弛”,此 种极化形式就叫“松弛”极化。 结论:⑴热离子松弛极化完成的时间在 10-2-10-10s 之间。 ⑵热离子松弛极化率与温度有关,温度升高,aT 降低。 五、空间电荷极化:电介质中的自由电荷载流子(正、负 离子或电子)可以被缺陷和不同介质的分界面所捕获,形 成空间电荷的局部积累,使电介质中的电荷分布不均匀, 产生宏观电矩。这种极化称为空间电荷极化或夹层、界面 极化。复合电介质在电场作用下的一种主要的极化形式 > 积聚正电荷; = 不积聚电荷 第六节 非极性固体电介质的介电系数: ⑴在非极性固体电介质中, 只存在电子位移极化。⑵非极性固体电介质包括: 原子晶 体,如金刚石;不含极性基团的分子晶体,如晶体硫、萘 等;非极性高分子聚合物,如聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙 烯等。 ⑶ 非极性固体电介质属于洛伦兹有效电场的适 用范围, 适用 K-M 方程及 L-L 方程
T
q 2 2 12kT
有充分、足够的时间来完成松弛极化并且达到稳定状态, 故此时 达到最大可能值;由于不存在松弛极化滞后电 场变化的现象,所以极化损耗小到可以忽略,介质损耗只 有电导损耗; 由于无功电流趋于零而趋于无穷大。 2. 低频区(<<1) ↑,r↓W↑P↑tan ↓ 3. 反常弥散区 (=1 附近) 1 故 dr/d 在=1 时有极大值, r 随 变化最快,即交变 电场的变化周期与松弛时间相接近时,松弛极化随电场 频率的变化最敏感。
退极化电场 Ed:由极化电荷所产生的场强。 介电系数电容器充以电介质时的电容量 C 与真空时的电
0
三、偶极子转向极化:在外电场作用下,因极性电介质分 子的固有偶极矩沿电场方向的转向而产生的极化, 称为偶
3k T 极子的转向极化。 结论:⑴偶极子的转向极化建立的时间约为 10-2-10-6s 或 更长,所以在不高的频率乃至工频的交变电场中,就可能 发生极化跟不上电场变化的情况:出现介电系数减小,介 质损耗角正切增大。 ⑵偶极子的转向极化存在于极性电介 质中。⑶偶极子转向极化率与温度有关,温度升高,ad 下降。四、热离子松弛极化:在电介质内,弱联系的带电 质点在电场作用下作定向迁移,使局部离子过剩,在电介 质内部建立起电荷的不对称分布,从而形成电矩。这种由 弱系离子(质点)建立起的极化叫作热离子松弛极化。
( ) A 2 A 0 s ]V d d
与温度关系
1 1、低温区 在低温区,虽 然单位体积中的极化粒子数 n0 少,使减 少,但随着温度的上升,松弛时间缩短,又有使松弛极 化增加的趋势。所以总的来说, r 的变化不大。
2 2
r
s
体电介质和固体电介质。
e 0
结论: (1)在化学元素周期表中,同一族元素的电子位移 极化率自上而下地增加。 (2)在同一周期中,元素由左向 右,电子位移极化率的变化有两种可能性。其一,随轨道 上的电子数的增加,产生电子位移极化的电子数增加,电 子位移极化率也增加;其二,电子轨道半径也可能减小, 电子位移极化率将会下降。 (3)离子的电子位移极化率的 变化规律与原子的大致相同, 随离子半径及价电子数的增 加而增加。 (4) 由 P=NαeEe, 当原子或离子半径 r 减小时, 单位体积内的粒子数 N 将增加,P 也较大。 (5)电子位移 极化率与温度无关, 温度的改变只影响电介质组成粒子的 热运动,对原子或离子的半径影响不大。 (6)电子位移 4 15 极化完成的时间非常短,在 10 -1 -10- s 之间。 (7)电 子位移极化发生在所有的介质中。 二、离子位移极化:在离子晶体中,除存在电子位移极化 以外,在电场作用下,还会发生正、负离子沿相反方向位
0 r
一般情 况下,g>>,故 p≈ gE2 亦趋于一定值,而且这比 电导损耗要大。因为在高频下,缓慢式极化虽然来不及进 行,每周期的损耗比极化能充分建立时要小,但由于单位 时间内周期数增加,故损耗 P 还是比极化能 够充分建立 时要大。当 P 逐渐趋于定值时,快极化造成的纯电容电流 仍不断地正比于频率增加,所以 tan→0。
电偶极子:两个大小相等的正、负电荷(+q 和-q) ,相距 为 L,L 较讨论中所涉及到的距离小得多。这一电荷系统 就称为电偶极子。 轴线场强 中垂线场强 qL 1 qL 1 EB EB 4 0 r 3 4 0 r 3 4 0 r 3 4 0 r 3 电量 q 与矢径 L 的乘积定义为电矩,电矩是矢量,用μ表 示,即 μ=q²L μ的单位是 C²m。 电介质极化:在外电场作用下,电介质内部沿电场方向产 生感应偶极矩, 在电介质表面出现极化电荷的现象称为电 介质的极化。 束缚电荷 (极化电荷在与外电场垂直的电介质表面上出现 的与极板上电荷反号的电荷。束缚电荷面密度记为